Reporte práctica 5 SÍNTESIS DE 2,3-DIFENILQUINOXALINA (MEDIANTE EL USO DE UNA TÉCNICA DE LA QUÍMICA VERDE) PDF

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Instituto Politécnico NacionalEscuela Nacional de Ciencias BiológicasLaboratorio de Química BioorgánicaPráctica 5SÍNTESIS DE 2,3-DIFENILQUINOXALINA(MEDIANTE EL USO DE UNA TÉCNICA DE LA QUÍMICA VERDE)13/04/Alumnos:Álvarez García MarelyCaballero Castro JesúsCastillo Ramírez JaquelineProfesores:Bautist...

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Instituto Politécnico Nacional Escuela Nacional de Ciencias Biológicas Laboratorio de Química Bioorgánica Práctica 5 SÍNTESIS DE 2,3-DIFENILQUINOXALINA (MEDIANTE EL USO DE UNA TÉCNICA DE LA QUÍMICA VERDE)

13/04/2021 Alumnos: Álvarez García Marely Caballero Castro Jesús Castillo Ramírez Jaqueline

Profesores: Bautista Martínez Beatriz Pulido Flores Cesar Augusto Merino Pérez Omar Rodríguez Espinosa de los Monteros Oscar

Equipo: 1 Grupo: 3QM3

OBJETIVOS: ❖ Sintetizar la 2,3-difenilquinoxalina, aplicando los principios de la Química Verde y el método convencional. ❖ Comparar la eficiencia de la reacción para cada uno de los métodos empleados a través del cálculo del rendimiento. MECANISMO DE REACCIÓN

La reacción de síntesis de 2,3-difenilquinoxalina, comienza con un ataque nucleofílico del grupo amino de o-fenilendiamina, al carbono del grupo carbonilo del bencilo; los electrones del doble enlace C–O se deslocalizan hacia el oxígeno. El oxígeno con carga negativa toma un protón del etanol (disolvente), al mismo tiempo el ion etoxi toma un hidrógeno del grupo amino.

El alcohol formado en la molécula toma el hidrógeno que está enlazado con el nitrógeno, los electrones se desplazan formando un doble enlace, la molécula de agua formada se desprende de la reacción.

El segundo grupo amino ataca nucleofílica mente al segundo carbono del bencilo, los electrones del doble enlace se deslocalizan hacia el oxígeno, el cual toma un protón del etanol (disolvente); el ion etoxi toma un hidrógeno del grupo amino.

El alcohol formado toma el hidrógeno que está enlazado al nitrógeno, formando una molécula de agua que se desprenden; los electrones que eran del enlace N –H se desplazan generando un doble enlace carbono nitrógeno. Se obtiene el producto 2,3difenilquinoxalina.

RESULTADOS: Obtención de la síntesis de 2,3–difenilquinoxalina a través de un procedimiento térmico, en ausencia de disolventes, utilizando como técnica la química verde. Se obtuvo: ● En el proceso térmico= 0.50 g ● En el proceso de química verde= 0.60 g

𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =

0.50 𝑔 × 100 = 83.3 % 0.60 𝑔

Ambos teniendo un punto de fusión en un rango de 123 a 125 °C. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS: El procedimiento térmico consiste en calentar los reactivos bencilo y o-fenilendiamina en presencia de etanol como disolvente durante 15 minutos. En nuestro procedimiento de química verde, si los reactivos de bencilo y o-fenilendiamina se mezclan a temperatura ambiente y se agitan (tritura en caso del o-fenilendiamina) con una varilla de vidrio, la reacción ocurrirá en 5 minutos, esto debido a que se incrementa el área o superficie de reacción (contacto), provocando que las moléculas reaccionen con mayor rapidez, facilitando el proceso ya que ocurre sin la necesidad de un disolvente.

Después se utiliza el etanol, esto con el objetivo de tener un medio donde ocurra nuestra reacción, ya que el etanol no reacciona con nuestro producto y por lo tanto nos es fácil de eliminar. Aunque en ambos casos se tiene el riesgo que, durante la reacción de condensación, se hidrolice el punto formado por la liberación de agua en la reacción, así provocando que tengamos rendimientos muy bajos. Durante el proceso térmico se obtienen 0.50 g, y en el proceso de química verde se obtienen 0.60 g, dándonos un rendimiento del 83.3%, con un punto de fusión aproximadamente de 123 a 125 °C. Al realizar el procedimiento térmico, se debe tener cuidado al controlar la temperatura, ya que, si se llegará a calentar de más, los vapores del etanol podrían salirse y disolverse en nuestra muestra, perjudicando a nuestro procedimiento provocando que no se obtuviera el producto deseado. La Quinoxalinas son importantes en la industria de salud y farmacéutica, dado que sirven de materia prima para sintetizar antiinflamatorios, antihipertensivos, antibacterianos, analgésicos, antibióticos, etc. CUESTIONARIO

1. Investigar qué pasaría si la reacción se realiza en cloroformo en lugar de etanol por ambos procedimientos. Si se ocupara como disolvente al cloroformo, este es un compuesto muy volátil y esto provocaría la pérdida de nuestro producto además de que, el cloroformo es tóxico para el medio ambiente y no es un compuesto favorable para el procedimiento en la química verde.

2. Investiga por lo menos cinco ejemplos de reacciones llevadas a cabo por medio de técnicas química verde. ● Reacción de condensación benzoínica. El uso de la tiamina como catalizador implica la ventaja de utilizar un reactivo inocuo, no tóxico, en lugar del cianuro. Además, la reacción se lleva a cabo a temperatura ambiente (ahorra energía). Lo importante en la técnica, para asegurar un buen éxito en esta reacción, es la adición lenta del hidróxido de sodio sobre la tiamina, en frío (baño de hielo) y en porciones. La mezcla de reacción se deja dentro de un recipiente que se mantiene cerrado y aislado de la luz. A los tres días se observa la formación de producto, el cual se aísla por filtración y se purifica por recristalización de etanol. ● Nueva síntesis de un fármaco con propiedades anticonvulsivantes desarrollado por laboratorios Lilly, [LY 300164].

Utiliza la levadura zygosaccharomyces rouxii en un sistema de reacción que consta de tres fases, las cuales permiten la eliminación de los componentes de la reacción orgánica en los residuos acuosos. Un paso clave en la síntesis, fue una oxidación selectiva con aire comprimido que eliminó el uso de óxido de cromo, un posible carcinógeno. ● Síntesis verde del ibuprofeno. El procedimiento a seguir para obtener el principio activo de ibuprofeno se basa en los tres pasos descritos en la patente US 4981995A. Se parte de isobutilbenceno y se somete a una reacción de Friedel-Crafts con un agente de acetilación para producir 4–isobutilacetofenona (IBAP). A continuación, el IBAP se reduce por medio de una hidrogenación para obtener 1-(4’-isobutilfenil)etanol (IBPE). Con el IBPE se procede a una carbonilación para obtener ibuprofeno. Los tres pasos se realizan en presencia de tres catalizadores, dos de los cuales son recuperables y reutilizables. ● Obtención del metacrilato de metilo por la Compañía Shell Corporation. En la síntesis modificada haciendo uso de los principios de la Química Verde, se hace uso de un proceso catalítico. En este proceso, se utiliza como materia prima el propino, el cual se hace reaccionar con monóxido de carbono y metanol, en presencia de paladio metálico como catalizador. Este proceso tiene una economía atómica del 100%, ya que todos los átomos de los reactivos quedan incorporados en el producto final. ● Síntesis de 1,4-dihidropiridinas de Hantzsch. La reacción consiste simplemente en mezclar los reactivos en un recipiente: dos equivalentes del acetoacetato de etilo, el formaldehído y el amoniaco, en presencia de etanol. Se tapa el frasco, el cual se mantiene cerrado a temperatura ambiente y a los tres días se observa la formación del producto, la 3,5-dietoxicarbonil-2,6-dimetil-1,4-dihidropiridina, la cual se aísla por filtración y se purifica por medio de una recristalización con etanol.

3. ¿Por qué crees que es conveniente pulverizar los reactivos al inicio de la práctica por el procedimiento de química verde? Porque propicia el aumento de la velocidad de reacción, ya que facilita el contacto de los reactivos (aumenta la superficie de contacto) y, con ello, también aumenta la colisión entre las partículas.

4. ¿Consideras importante y relevante este tipo de alternativas en síntesis orgánicas? Justifica tu respuesta. Es de mucha importancia que se lleven a cabo estos métodos alternativos de la química verde en las reacciones de síntesis, ya que promueven el usar la menor cantidad de reactivos contaminantes al medio ambiente o en algunos

casos no se ocupan, también favorece la cinética de la reacción, obteniendo un mejor rendimiento del producto. CONCLUSIÓN Al ocupar los métodos de la química verde, podemos obtener productos mediante procesos que son amigables al medio ambiente; además de no exponer tanto a la salud del ser humano y a las condiciones de los organismos de nuestros ecosistemas, dado que estos procedimientos nos permiten obtener los mismos productos que se generarían con la forma tradicional, ocupando menos reactivos contaminantes y propiciando a un mejor rendimiento en la obtención de nuestros productos al realizar nuestras reacciones. BIBLIOGRAFÍA ● Cabildo M. Pilar, Cornago R. Pilar, Escolástico L. Consuelo, Esteban Santos Soledad, Perez T. Marta, de los Ángeles Farrán M. Maria, Sanz del C. Dionisia (2012) Procesos Orgánicos de bajo impacto ambiental. Química verde. Madrid:UNED. (pp. 219 - 231). ● Lic. Alexis A. Sosa; (2019), Nuevos materiales basados en heteropoliácidos inmovilizados en nanopartículas de sílice mesoporosa para catalizar la síntesis de compuestos orgánicos heterocíclicos con potencial actividad biológica, Trabajo de Tesis Doctoral, Universidad Nacional de la plata, Facultad de ciencias exactas, Departamento de química, pág. 33-38. ● Pajaro Castro Nerlis Paola; Olivero Verbel Jesús Tadeo (2011) Química verde: un nuevo reto. Ciencia e ingeniería Neogranadina (vol. 21, núm. 2) Bogotá: Redalyc (pp. 169 -182). Recuperado de: https://www.redalyc.org/pdf/911/91123440009.pdf ● León Cedeño Fernando (2009) Implementación de algunas de las técnicas de la Química Verde (o Química Sustentable) en docencia. (vol. 20, núm. 4) México CDMX: Elsevier (pp. 441-446). Recuperado de: https://www.elsevier.es/es-revista-educacion-quimica-78-articuloimplementacion-algunas-tecnicas-quimica-verde-S0187893X1830048X ● Doria Serrano, Ma. del Carmen. (2009). Química verde: un nuevo enfoque para el cuidado del medio ambiente. Educación química, 20(4), 412-420. Recuperado en 12 de abril de 2021, de http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187893X2009000400004&lng=es&tlng=es....